KR20010081633A - Stator of linear motor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 리니어 모터에 관한 것으로, 특히 플럭스가 흐르는 이너 코어의 면적을 증가시킬 수 있도록 한 리니어 모터의 고정자 구조에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to linear motors, and more particularly, to a stator structure of a linear motor that enables to increase the area of the inner core through which flux flows.
일반적으로 리니어 모터(Linear Motor)는 입체적인 구조를 갖는 보통 모터의 자속을 평면 형태로 만든 것으로, 평면 형태의 가동부가 평면의 고정부 위에 형성되는 자속(flux)의 변화에 따라서 평면 위를 직선적으로 움직이도록 한 것이다.In general, a linear motor is a planar shape of a magnetic flux of an ordinary motor having a three-dimensional structure, and a flat moving part moves linearly on a plane according to a change in flux formed on a fixed part of a plane. It is to be.
상기 리니어 모터의 일예로, 도 1a, 1b에 도시한 바와 같이, 원통형으로 형성된 아우터 코어(Outer Core)(10) 및 상기 아우터 코어(10)의 내부에 삽입되도록 원통형으로 형성된 이너 코어(Inner Core)(20)로 구성되는 고정자(S)와, 상기 아우터 코어(10) 또는 이너 코어(20)내부에 결합되는 권선 코일(30)과, 영구자석(41)을 포함하도록 구성되어 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)사이에 움직임 가능하도록 삽입되는 가동자(40)를 포함하여 구성되어 있다. 제시된 도면에서는 권선 코일이 아우터 코어에 결합된 구조이다.As an example of the linear motor, as illustrated in FIGS. 1A and 1B, an outer core 10 having a cylindrical shape and an inner core formed in a cylindrical shape to be inserted into the outer core 10 may be formed. The outer core 10 is configured to include a stator S composed of 20, a winding coil 30 coupled to the inner core 10 or an inner core 20, and a permanent magnet 41. ) And a mover 40 inserted between the inner core 20 so as to be movable. In the diagram shown, the winding coil is coupled to the outer core.
상기한 바와 같은 리니어 모터는 권선 코일(30)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(30)에 흐르는 전류에 의해 권선 코일(30) 주변에 플럭스(Flux)가 형성되며 그 플럭스는 아우터 코어(10) 및 이너 코어(20)를 따라 폐 루프(Closed Loop)를 형성하게 되고, 상기 아우터 코어(10) 및 이너 코어(20)에 형성된 플럭스와 영구자석(41)에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해서 영구자석(41)이 축 방향으로 힘을 받아, 도 2에 도시한 바와 같이, 가동자(40)가 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)사이에서 축 방향으로 직선 운동하게 되며, 상기 권선 코일(30)에 인가되는 전류의 방향을 번갈아 가며 바꾸어주게 되면 상기 가동자(40)가 직선 왕복 운동하게 된다.In the linear motor as described above, when a current flows in the winding coil 30, a flux is formed around the winding coil 30 by the current flowing in the winding coil 30, and the flux is the outer core 10. And a closed loop along the inner core 20, and by the interaction of the flux formed on the outer core 10 and the inner core 20 with the magnetic flux formed by the permanent magnet 41. As the permanent magnet 41 receives the force in the axial direction, as shown in FIG. 2, the mover 40 moves linearly in the axial direction between the outer core 10 and the inner core 20, and the winding By alternately changing the direction of the current applied to the coil 30, the mover 40 is linear reciprocating motion.
상기 아우터 코어(10)는 그 일례로 소정 형상의 박판으로 형성된 복수개의 라미네이션 시트(11)가 원통형을 이루도록 방사상으로 적층된 적층체로 이루어진다. 상기 아우터 코어(10)에 권선 코일(30)이 결합될 경우 전기적인 절연 뿐만 아니라 제작의 간편성을 위하여 보빈(Bobbin)(50)이 사용되며 상기 보빈(50)은 소정의 직경을 갖도록 환형 형상으로 형성된 코일권선부(51)의 내부에 코일이 권선되는 환형 홈이 형성되고 상기 코일권선부(51)의 측부에 외부의 전원 단자와 연결되는 단자부(52)가 형성되어 이루어진다. 상기 권선 코일(30)은 보빈(50)의 환형 홈에 코일이 다층으로 권선되어 이루어지며 그 권선된 코일은 상기 단자부(52)에 연결된다. 그리고 상기 아우터 코어(10)를 구성하는 박판 형태의 다수개 라미네이션 시트(11)는 보빈의 코일권선부(51)에 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층되어 이루어진다.The outer core 10 is, for example, made of a laminate laminated radially so that a plurality of lamination sheets 11 formed of thin plates of a predetermined shape form a cylinder. When the winding coil 30 is coupled to the outer core 10, a bobbin 50 is used for electrical insulation as well as simplicity of manufacture, and the bobbin 50 has an annular shape to have a predetermined diameter. An annular groove in which a coil is wound is formed in the formed coil winding part 51, and a terminal part 52 connected to an external power supply terminal is formed at the side of the coil winding part 51. The winding coil 30 is formed by winding a coil in multiple layers in an annular groove of the bobbin 50, and the wound coil is connected to the terminal portion 52. In addition, a plurality of lamination sheets 11 having a thin plate shape constituting the outer core 10 are radially stacked to form a cylindrical shape on the coil winding 51 of the bobbin.
상기 이너 코어(20)는 소정 형상의 박판으로 형성된 다수개의 라미네이션 시트(21)가 원통형을 이루도록 방사상으로 적층된 적층체로 이루어지며 그 적층체로 형성된 이너 코어(20)는 상기 아우터 코어(10)의 내부에 소정의 간격을 두고 삽입된다.The inner core 20 is composed of a laminate laminated radially so that a plurality of lamination sheets 21 formed of thin plates having a predetermined shape have a cylindrical shape, and the inner core 20 formed of the laminate has an interior of the outer core 10. Are inserted at predetermined intervals.
상기 가동자(40)는 원통 형태로 형성된 영구자석 홀더(42)에 다수개의 영구자석(41)이 등간격을 이루도록 결합되어 이루어지며 그 가동자(40)는 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)사이에 직선 움직임 가능하도록 삽입된다.The mover 40 is formed by a plurality of permanent magnets 41 are coupled to the permanent magnet holder 42 formed in a cylindrical shape at equal intervals, the mover 40 is the outer core 10 and the inner core It is inserted between the 20 to enable linear movement.
한편, 상기한 바와 같은 리니어 모터는 구동시 플럭스가 아우터 코어(10)와 이너 코어(20)를 통해 폐 루프를 형성하면서 흐르게 되는데, 모터에 걸리는 부하가 많게 되면 플럭스의 양도 증가하게 된다. 이때, 플럭스가 흐르는 이너 코어(20)의 면적이 아우터 코어(10)의 면적보다 작아 모터에 과부하가 걸리게 될 경우 코어 새츄레이션(Core Saturation)이 발생하게 된다. 이와 같은 코어 새츄레이션을 방지하기 위해서는 이너 코어(20)의 자로, 즉 플럭스가 흐르는 면적을 증가시켜야 되며 그 이너 코어(20)의 면적을 증가시키는 방법으로 이너 코어(20)의 내경을 감소시키거나 이너 코어(20)의 외경을 증가시키는 방법이 있으나, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 이너 코어(20)의 외경을 증가시키게 될 경우 영구자석(41) 및 아우터 코어(10)의 체적이 증가하게 되어 제작비용이 크게 증가하게 되고 또한, 도 4에 도시한 바와 같이, 상기 이너 코어(20)의 내경을 감소시킬 경우 면적을 증가시키는데 한계가 있을 뿐만 아니라 이너 코어(20)를 구성하는 라미네이션 시트(21)의 갯수가 줄어들게 되는 단점이 있다.Meanwhile, in the linear motor as described above, the flux flows while driving in the form of a closed loop through the outer core 10 and the inner core 20. When the load on the motor increases, the amount of flux also increases. At this time, when the area of the inner core 20 through which the flux flows is smaller than the area of the outer core 10 and the motor is overloaded, core saturation occurs. In order to prevent such core saturation, it is necessary to increase the area of the inner core 20, that is, the flux flow, and to reduce the inner diameter of the inner core 20 by increasing the area of the inner core 20. Although there is a method of increasing the outer diameter of the inner core 20, as shown in FIG. 3, the volume of the permanent magnet 41 and the outer core 10 increases when the outer diameter of the inner core 20 is increased. The manufacturing cost is greatly increased, and as shown in FIG. 4, when the inner diameter of the inner core 20 is reduced, the lamination sheet constituting the inner core 20 is not only limited in increasing the area. There is a disadvantage that the number of (21) is reduced.
상기한 바와 같은 점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은 전체 체적은 동일하게 유지하는 상태에서 플럭스가 흐르는 면적을 상대적으로 극대화할 수 있도록 한 리니어 모터의 고정자 구조를 제공함에 있다.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention devised in view of the above is to provide a stator structure of a linear motor capable of relatively maximizing an area in which flux flows while maintaining the same overall volume.
도 1a,1b는 일반적인 리니어 모터의 일예를 도시한 정단면도 및 측면도,1A and 1B are a front sectional view and a side view showing an example of a general linear motor,
도 2는 상기 리니어 모터의 작동상태를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing an operating state of the linear motor;
도 3,4는 종래 리니어 모터의 고정자 구조를 도시한 정면도,3 and 4 are front views showing a stator structure of a conventional linear motor;
도 5a,5b는 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조가 구비된 리니어 모터의 정단면도 및 측면도,5A and 5B are a front sectional view and a side view of a linear motor having a linear motor stator structure of the present invention;
도 6,7은 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조의 실시례를 각각 도시한 사시도,6 and 7 are perspective views each showing an embodiment of the linear motor stator structure of the present invention;
도 8은 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조의 면적 증가상태를 도시한 자유도,8 is a degree of freedom showing the area increase state of the linear motor stator structure of the present invention,
도 9는 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조의 면적 증가율을 도시한 그래프.9 is a graph showing the area increase rate of the linear motor stator structure of the present invention.
(도면의 주요부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols on the main parts of drawing
10 ; 아우터 코어 30 ; 권선코일10; Outer core 30; Winding coil
40 ; 가동자 60 ; 이너 코어40; Mover 60; Inner core
61 ; 제1 적층체 62 ; 제2 적층체61; First laminate 62; Second laminate
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 아우터 코어와 그 아우터 코어내부에 소정의 간격을 두고 결합되는 이너 코어 그리고 상기 아우터 코어와 이너코어 중 하나의 코어에 결합되는 권선 코일로 구성되는 고정자와 상기 아우터 코어와 이너 코어사이에 직선 움직임 가능하도록 결합되는 가동자를 포함하여 구성된 리니어 모터에 있어서, 상기 이너 코어가 복수개의 원통형 적층체로 이루어지는 다중 원통형 적층체로 구성됨을 특징으로 하는 리니어 모터의 고정자 구조가 제공된다.In order to achieve the object of the present invention as described above and the stator consisting of an outer core and the inner core is coupled to the inner core at a predetermined interval and a winding coil coupled to one of the core and the inner core and inner core A linear motor comprising a mover coupled so as to be linearly movable between the outer core and the inner core, wherein the inner core is composed of a multi-cylindrical laminate comprising a plurality of cylindrical laminates. do.
이하, 본 발명의 리니어 모터 고정자 구조를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the linear motor stator structure of the present invention will be described according to the embodiment shown in the accompanying drawings.
도 5a, 5b는 본 발명의 리니어 모터 가동자 구조의 일례가 구비된 리니어 모터의 일례를 도시한 것으로, 이를 참조하여 설명하면, 먼저 원통형으로 형성된 아우터 코어(Outer Core)(10) 및 상기 아우터 코어(10)의 내부에 삽입되도록 원통형으로 형성된 이너 코어(Inner Core)(60)로 구성되는 고정자(S)와, 상기 아우터 코어(10) 또는 이너 코어(60)내부에 결합되는 권선 코일(30)과, 영구자석(41)을 포함하도록 구성되어 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(60)사이에 움직임 가능하도록 삽입되는 가동자(40)를 포함하여 구성되어 있다. 본 발명에서는 아우터 코어(10)에 권선 코일(30)이 결합된 구조를 적용하여 설명한다.5A and 5B illustrate an example of a linear motor provided with an example of the linear motor mover structure of the present invention. Referring to this, the outer core 10 and the outer core are formed in a cylindrical shape. Stator (S) consisting of an inner core (60) formed in a cylindrical shape so as to be inserted into the interior of the (10), and the winding coil (30) coupled to the inner core (10) or inner core (60) And, it is configured to include a permanent magnet 41 is configured to include a mover 40 is inserted to be movable between the outer core 10 and the inner core 60. In the present invention will be described by applying a structure in which the winding coil 30 is coupled to the outer core 10.
상기 아우터 코어(10)는 소정 형상의 박판으로 형성된 복수개의 라미네이션 시트(11)가 원통형을 이루도록 방사상으로 적층된 적층체로 이루어진다. 상기 아우터 코어(10)는 코일이 권선되는 보빈(50)에 원통 형태를 이루도록 적층되어 구성된다. 상기 보빈(50)은 환형 형상으로 형성되는 코일권선부(51)와 그 코일권선부(51)에 측부에 형성되는 단자부(52)를 구비하여 이루어지며 상기 권선 코일(30)은보빈(50)의 코일권선부(51)에 코일이 다층으로 권선되어 이루어지며 그 권선된 코일은 상기 단자부(52)에 연결된다. 그리고 상기 아우터 코어(10)를 구성하는 박판 형태의 다수개 라미네이션 시트(11)는 보빈의 코일권선부(51)에 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층되어 이루어진다. 상기 보빈(50)은 권선 코일(30)의 전기적인 절연 뿐만 아니라 제작의 간편성을 위해 사용된다.The outer core 10 is formed of a laminate stacked radially so that a plurality of lamination sheets 11 formed of a thin plate having a predetermined shape may have a cylindrical shape. The outer core 10 is configured to be laminated to form a cylindrical shape on the bobbin 50, the coil is wound. The bobbin 50 has a coil winding portion 51 formed in an annular shape and a terminal portion 52 formed at a side of the coil winding portion 51 and the winding coil 30 is a bobbin 50. Coils are wound in multiple layers on the coil winding 51 of the coil, and the wound coils are connected to the terminal 52. In addition, a plurality of lamination sheets 11 having a thin plate shape constituting the outer core 10 are radially stacked to form a cylindrical shape on the coil winding 51 of the bobbin. The bobbin 50 is used for simplicity of manufacture as well as electrical insulation of the winding coil 30.
그리고 상기 이너 코어(60)는 복수개의 원통형 적층체로 이루어지는 다중 원통형 적층체로 구성된다. 상기 이너 코어(60)의 일례로, 도 6에 도시한 바와 같이, 이중 원통형 적층체로 구성될 경우 소정 형상을 갖는 박판인 라미네이션 시트가 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층된 제1 적층체(61)와 박판인 다수개의 라미네이션 시트가 제1 적층체(61)의 외경과 상응하는 내경을 갖는 원통 형태를 이루도록 방사상으로 적층된 제2 적층체(62)로 구성되어 제2 적층체(62)에 제1 적층체(61)가 삽입되어 결합됨에 의해 구성된다. 이때, 상기 제1 적층체(61)를 구성하는 라미네이션 시트의 폭과 제2 적층체(62)를 구성하는 라미네이션 시트의 폭을 합한 길이가 종래 이너 코어(20)를 구성하는 라미네이션 시트(21)의 폭과 같게 된다.And the inner core 60 is composed of a multi-cylindrical laminate composed of a plurality of cylindrical laminate. As an example of the inner core 60, as shown in FIG. 6, when the double-cylinder laminate is formed, the lamination sheet, which is a thin plate having a predetermined shape, is radially laminated to form a cylindrical shape, and A plurality of lamination sheets, which are thin plates, are composed of second laminates 62 that are radially stacked to form a cylindrical shape having an inner diameter that corresponds to an outer diameter of the first laminate 61. The laminated body 61 is comprised by being inserted and joined. At this time, the sum of the width of the lamination sheet constituting the first laminate 61 and the width of the lamination sheet constituting the second laminate 62 is the lamination sheet 21 constituting the conventional inner core 20. Is equal to the width of.
그리고 상기 이너 코어(60)의 다른 변형례로, 도 7에 도시한 바와 같이, 삼중 원통형 적층체로 구성된다. 상기 삼중 원통형 적층체는 3개의 원통형 적층체가 각각 그 내경과 외경을 달리하도록 라미네이션 시트로 적층체를 구성하여 그 세개의 적층체가 결합되어 구성된다. 이때, 삼중 원통형 적층체의 폭은 종래 이너 코어(20)의 폭과 같게 된다.And as another modification of the inner core 60, as shown in Figure 7, it is composed of a triple cylindrical laminate. The tri-cylindrical laminate consists of a laminate sheet composed of a lamination sheet so that the three cylindrical laminates have different inner and outer diameters, respectively, and the three laminates are combined. At this time, the width of the triple cylindrical laminate is the same as the width of the conventional inner core (20).
또한, 상기 이너 코어(60)의 다른 변형례로 네개 이상의 원통형 적층체가 결합하여구성된다.In addition, as another variation of the inner core 60, four or more cylindrical laminates are combined.
상기 다중 원통형 적층체로 구성되는 이너 코어(60)는 아우터 코어(10)의 내부에 소정의 간격을 두고 삽입되어 결합된다.The inner core 60 composed of the multi-cylindrical laminate is inserted into the outer core 10 at predetermined intervals and coupled thereto.
그리고 상기 가동자(40)는 원통 형태로 형성된 영구자석 홀더(42)에 다수개의 영구자석(41)이 등간격을 이루도록 결합되어 이루어지며 그 가동자(40)는 상기 아우터 코어(10)와 이너 코어(60)사이에 직선 움직임 가능하도록 삽입된다.And the mover 40 is made of a permanent magnet holder 42 formed in a cylindrical shape is coupled to a plurality of permanent magnets 41 to form an equal interval and the mover 40 is the outer core 10 and the inner It is inserted between the cores 60 to enable linear movement.
이하, 본 발명의 리니어 모터의 고정자 구조의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the operational effects of the stator structure of the linear motor of the present invention will be described.
먼저, 전원이 인가되어 권선 코일(30)에 전류가 흐르게 되면 그 권선 코일(30)에 흐르는 전류에 의해 권선 코일(30) 주변에 플럭스(Flux)가 형성되며 그 플럭스는 아우터 코어(10) 및 이너 코어(60)를 따라 폐 루프(Closed Loop)를 형성하게 되고, 상기 아우터 코어(10) 및 이너 코어(60)에 형성된 플럭스와 영구자석(41)에 의해 형성되는 자속의 상호 작용에 의해서 영구자석(41)이 축 방향으로 힘을 받아 가동자(40)가 아우터 코어(10)와 이너 코어(60)사이에서 축 방향으로 직선 운동하게 된다.First, when power is applied and current flows in the winding coil 30, flux is formed around the winding coil 30 by the current flowing in the winding coil 30, and the flux is formed in the outer core 10 and the outer core 10. A closed loop is formed along the inner core 60 and is permanently formed by the interaction between the flux formed on the outer core 10 and the inner core 60 and the magnetic flux formed by the permanent magnet 41. The magnet 41 is forced in the axial direction so that the mover 40 moves linearly in the axial direction between the outer core 10 and the inner core 60.
상기 과정에서 모터에 걸리는 부하가 많게 되면 플럭스의 양도 증가하게 되며 이때 플럭스가 흐르는 이너 코어(60)가 다중 원통형 적층체로 이루어져 플럭스가 흐르는 면적이 증가하게 되어 코어 새츄레이션(Core Saturation)의 발생을 최소화하게 된다.In the above process, when the load on the motor increases, the amount of flux is also increased. At this time, the inner core 60 through which the flux flows is formed in a multi-cylindrical stack, and the area where the flux flows increases, thereby minimizing the occurrence of core saturation. Done.
상기 이너 코어(60)의 면적이 증가하게 되는 것을 이중 원통형 적층체를 예를 들어 설명하면, 도 8에 도시한 바와 같이, 이너 코어(60)의 면적은 라미네이션 시트의개수에 (Do-Di)/2를 곱한 값에 의해 결정되며 따라서 이너 코어(60)의 면적은 Di에 비례하게 된다. 상기 Do는 이중 적층체의 외경이고, Di는 이중 적층체의 내경이며, Dm은 이중 적층체의 경계선 즉 제2 적층체의 내경임과 동시에 제1 적층체의 외경이다.Referring to the double-cylindrical laminate for example that the area of the inner core 60 is increased, as shown in FIG. 8, the area of the inner core 60 is determined by the number of lamination sheets (Do-Di). It is determined by multiplying by / 2 so that the area of the inner core 60 is proportional to Di. Do is the outer diameter of the double laminate, Di is the inner diameter of the double laminate, and Dm is the boundary of the double laminate, that is, the inside diameter of the second laminate, and the outer diameter of the first laminate.
따라서, Di를 감소시키면 적층될 수 있는 라미네이션 시트의 개수가 감소하게 되므로 이너 코어(60) 면적을 큰 폭으로 증가시킬 수 없다. 그러므로 이너 코어(60)를 두 부분으로 나누어 라미네이션 시트의 개수를 증가시키면서 (Do-Di)값도 증가시키게 되어 이너 코어(60)의 면적을 증가시키게 된다. 도 9는 이너 코어의 증가율을 도시한 것이다.Therefore, reducing Di reduces the number of lamination sheets that can be laminated, and thus cannot increase the inner core 60 area significantly. Therefore, the inner core 60 is divided into two parts, thereby increasing the number of lamination sheets and increasing the (Do-Di) value, thereby increasing the area of the inner core 60. 9 shows the rate of increase of the inner core.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 리니어 모터 고정자 구조는 아우터 코어의 내부에 위치하는 이너 코어의 면적을 상대적으로 증가시키게 됨과 아울러 플럭스가 흐르는 면적이 증가시키게 되어 모터에 과부하가 작용함에 따라 증가하게 되는 플럭스의 흐름이 원활하게 됨으로써 코어 새츄레이션의 발생을 억제하게 되어 모터의 효율 및 신뢰성을 높일 수 있는 효과가 있다.As described above, the linear motor stator structure according to the present invention relatively increases the area of the inner core located inside the outer core and also increases the area through which the flux flows, thereby increasing as the motor is overloaded. Since the flow of the flux becomes smooth, the generation of core saturation can be suppressed, thereby increasing the efficiency and reliability of the motor.
Claims (2)
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